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KR101139052B1 - 불소를 포함하는 유기절연체 조성물 및 이를 이용한 유기박막 트랜지스터 - Google Patents

불소를 포함하는 유기절연체 조성물 및 이를 이용한 유기박막 트랜지스터 Download PDF

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KR101139052B1
KR101139052B1 KR1020050117964A KR20050117964A KR101139052B1 KR 101139052 B1 KR101139052 B1 KR 101139052B1 KR 1020050117964 A KR1020050117964 A KR 1020050117964A KR 20050117964 A KR20050117964 A KR 20050117964A KR 101139052 B1 KR101139052 B1 KR 101139052B1
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South Korea
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정은정
김주영
문현식
이상윤
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 불소를 포함하는 유기절연체 조성물 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 불소를 포함하는 실란계 화합물을 이용하여 유기 박막 트랜지스터의 히스테리시스를 개선시키고, 문턱전압 및 전하이동도 등의 물성을 향상시켜 액정디스플레이(LCD), 광전변환 소자(Photovoltaic Device) 등의 각종 전자소자 제조에 유용하게 활용할 수 있는 유기 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
유기 절연체, 유기 박막 트랜지스터, 불소, 실란계 화합물, 히스테리시스, 전하이동도

Description

불소를 포함하는 유기절연체 조성물 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터{Organic Insulator composition having Fluorine and Organic Semiconductor Thin Film using the Same}
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 탑 컨택(Top Contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터의 단면개략도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 바텀 컨택(Bottom Contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터의 단면개략도이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이고,
도 5는 본 발명의 비교예 1에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이고,
도 6은 본 발명의 비교예 2에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이고,
도 7은 본 발명의 실시예 3에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특 성 그래프이고,
도 8은 본 발명의 실시예 4에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이고,
도 9는 본 발명의 비교예 3-4에서 제조한 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이다.
본 발명은 불소를 포함하는 유기절연체 조성물 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불소를 포함하는 실란계 화합물을 이용하여 유기 박막 트랜지스터의 전하이동도 및 히스테리시스(hysteresis)를 개선시킨 유기절연체 조성물 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
액정 디스플레이 소자나 유기 전계 발광 디스플레이 소자 등과 같은 평판 디스플레이 소자에는, 이러한 소자들을 구동시키기 위한 다양한 박막 트랜지스터(TFT) 등이 구비된다. 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 게이트 절연층, 소스 및 드레인 전극, 그리고 게이트 전극의 구동에 따라 활성화되는 반도체층을 구비하게 된다.
현재 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)의 반도체층으로 많이 이용되고 있는 채널물질로는 비정질 실리콘(Amorphous Si, 이하 a-Si)과 다결정 실리 콘(Polycrystalline Si, 이하 Poly-Si)이 주로 사용되고 있으며, 최근 다양한 전도성 유기재료의 개발에 따라 펜타센, 폴리티오펜 등의 유기 반도체를 이용한 유기 박막 트랜지스터(OTFT)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나 이와 같은 유기 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 TFT와 비교할 때, 전하 이동도가 낮고, 구동전압 및 문턱전압(Threshold Voltage)이 매우 높은 문제점이 있다. 특히, 공정의 단순화 및 비용 절감을 위해 그 제조가 플라스틱 기판상의 all-printing이나 all-spin on 방식에 의해 이루어질 필요가 있다. 따라서, 유기 박막 트랜지스터에 있어서 게이트 절연층과 유기반도체층 계면에서의 전하이동도를 높이고, 간단한 공정으로 형성가능한 게이트 절연층에 대한 연구가 다양하게 시도되고 있다.
이러한 시도의 하나로서, 미국특허 5,981,970호 및 Science (Vol. 283, pp822-824)는 고유전율(High-k) 절연막을 사용하여 구동전압 및 문턱전압을 낮춘 OTFT를 개시하고 있다. 이 경우 게이트 절연층은 BaxSr1 - xTiO3 (BST; Barium Strontium Titanate), Ta2O5, Y2O3, TiO2과 같은 무기금속산화물 또는 PbZrxTi1 -xO3(PZT), Bi4Ti3O12, BaMgF4, SrBi2(Ta1 - xNbx)2O9, Ba(Zr1 - xTix)O3 (BZT), BaTiO3, SrTiO3, Bi4Ti3O12 등의 강유전성 절연체로 이루어져 있으며, 화학증착, 물리증착, 스퍼터링, 졸-겔 코팅 방법에 의해 제조된다. 그러나 이는 구동전압을 -5V 까지 낮출 수 있는 반면, 전하 이동도는 0.6 cm2/Vs 이하로 여전히 만족스럽지 않고, 대 부분의 제조 공정이 200 내지 400℃의 고온을 요구하여 플렉서블 디스플레이에 용이한 플라스틱 기판을 사용할 수 없고, 소자 제작시 단순 코팅 또는 프린팅 등의 통상의 습식공정을 사용하기 어려운 문제가 있다.
한편, 미국특허 제6,232,157호는 유기 절연막으로서 폴리이미드, 벤조시클로부텐(benzocyclobutene),　 또는 폴리아크릴 등을 사용한 예를 개시하고 있으나, 무기 절연막을 대체할 정도의 소자 특성은 나타내지 못하고 있다.
따라서 유기 박막 트랜지스터에 있어서 전하 이동도 등의 전기적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, 유기 절연막을 통상의 습식공정으로 단순하게 제조할 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 불소계 표면처리제 기능을 겸비하여 유기절연막의 공정을 단순화시키면서 유기 박막 트랜지스터의 전하이동도 및 히스테리시스(hysteresis) 등의 물성을 개선시킨 유기절연체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유기절연체 조성물로부터 형성되는 유기절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,
(ⅰ) 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물 단독, 또는 이들의 혼합물 또는 중합체로 이루어지거나, 이를 하기 화학식 3 내지 5 중 어느 하나의 식으로 표시되는 화합물과 혼합 또는 공중합시켜 이루어지는 실란계 화합물;
(ⅱ) 유기 금속 화합물;
(ⅲ) 용매; 및
(ⅳ) 유기 또는 무기 고분자 매트릭스;
를 포함하는 유기절연체 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
R1SiX1X2X3
[화학식 2]
R1R2SiX1X2
상기 화학식 1 내지 2에서,
R1 , R2는 각각 독립적으로 탄소원자와 공유결합된 수소원자의 일부 또는 전부가 불소원자로 치환된 C1-C20의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 아릴알킬기, 시클로알킬기, 헤테로알킬기, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X1 , X2 , X3는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
[화학식 3]
SiX1X2X3X4
[화학식 4]
R3SiX1X2X3
[화학식 5]
R3R4SiX1X2
상기 화학식 3 내지 5에서,
R3, R4는 각각 독립적으로 수소원자; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X1 , X2 , X3 , X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 기판, 게이트 전극, 유기절연막, 유기반도체층, 및 소스/드레인 전극을 포함하는 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 유기절연막이 상기 유기절연체 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 유기절연체 조성물은 (ⅰ) 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물 단독, 또는 이들의 혼합물 또는 중합체로 이루어지거나, 이를 하기 화학식 3 내지 5 중 어느 하나의 식으로 표시되는 화합물과 혼합 또는 공중합시켜 이루어지는 실란계 화합물; (ⅱ) 유기 금속 화합물; (ⅲ) 용매; 및 (ⅳ) 유기 또는 무기 고분자 매트릭스를 포함한다.
[화학식 1]
R1SiX1X2X3
[화학식 2]
R1R2SiX1X2
상기 화학식 1 내지 2에서,
R1 , R2는 각각 독립적으로 탄소원자와 공유결합된 수소원자의 일부 또는 전부가 불소원자로 치환된 C1-C20의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 아릴알킬기, 시클로알킬기, 헤테로알킬기, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X1 , X2 , X3는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
[화학식 3]
SiX1X2X3X4
[화학식 4]
R3SiX1X2X3
[화학식 5]
R3R4SiX1X2
상기 화학식 3 내지 5에서,
R3, R4는 각각 독립적으로 수소원자; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X1 , X2 , X3 , X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
펜타센 등의 유기 반도체층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 불소가 치환되지 않은 일반적인 실란계 화합물을 이용하여 게이트 절연막을 형성할 경우 히스테리시스(hysteresis, 이력현상)가 15~20V에 이르는 반면, 본 발명에 따른 유기절연체 조성물은 실란계 화합물에 치환된 알킬기 등의 말단이 불소로 치환 되어 있어 기존의 실란계 화합물 등의 절연막 상에 불소계 표면처리제를 별도로 코팅하는 공정이 필요없이 불소를 함유하는 유기절연막으로 직접 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 유기 박막 트랜지스터 소자의 전하이동도 특성을 저하시키지 아니하고 히스테리시스를 10V 미만으로 개선시킬 수 있다.
상기 본 발명의 유기절연체 조성물에 사용되는 실란계 화합물은 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 단독으로 사용하거나 1종 이상의 혼합물 또는 중합체를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
R1SiX1X2X3
[화학식 2]
R1R2SiX1X2
상기 화학식 1 내지 2에서,
R1 , R2는 각각 독립적으로 탄소원자와 공유결합된 수소원자의 일부 또는 전부가 불소원자로 치환된 C1-C20의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 아릴알킬기, 시클로알킬기, 헤테로알킬기, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X1 , X2 , X3는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
상기 실란계 화합물로는 구체적으로 트리메톡시 트리플루오로프로필 실란, (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로데실)트리에톡시실란, 펜타플루오로페닐프로필 트리메톡시실란, (트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸)트리에톡시실란, (3,3,3-트리플루오로프로필)메톡시디클로로실란, (3,3,3-트리플루오로프로필)프로필디메톡시실란, (3,3,3-트리플루오로프로필)디에톡시클로로실란, (3,3,3-트리플루오로프로필)트리메톡시실란 등을 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 유기 절연체 조성물에 사용되는 실란계 화합물은 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 하기 화학식 3 내지 5 중 어느 하나의 식으로 표시되는 화합물과 혼합 또는 공중합시켜 사용할 수도 있다.
[화학식 3]
SiX1X2X3X4
[화학식 4]
R3SiX1X2X3
[화학식 5]
R3R4SiX1X2
상기 화학식 3 내지 5에서,
R3, R4는 각각 독립적으로 수소원자; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X1 , X2 , X3 , X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
상기 화학식 3 내지 5에서 "치환"되었다는 의미는 아크릴기, 아미노기, 히드록시기, 카르복시기, 알데히드기, 에폭시기, 니트릴기 등으로 치환된 것을 의미한다.
여기에서 본 발명의 유기 절연체 조성물에 사용되는 상기 실란계 화합물의 함량은 함께 사용하는 유기 금속 화합물, 유기 또는 무기 고분자 매트릭스 및 용매와 성막조건에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 5 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 35 중량%인 것이 좋다. 상기 실란계 화합물의 함량이 5 중량% 미만이면 유기반도체의 입자크기에 영향을 주어 전하이동도 등의 소자특성이 저하되어 바람직하지 못하고, 70 중량%를 초과하면 성막된 막의 내구성이 취약하게 되어 안정적인 소자특성을 나타내지 못하여 바람직하지 못하다.
본 발명의 유기절연체 조성물에 사용되는 유기 금속 화합물은 절연특성이 우수하며 고유전율을 나타내는 것을 지칭하며, 유전율이 4 이상인 금속 산화물을 포함한다. 그 구체적인 예로는, 1) 티타늄계 화합물 (티타늄 (IV) n-부톡시드 [titanium (IV) n-butoxide], 티타늄 (IV) t-부톡시드 [titanium (IV) t- butoxide], 티타늄 (IV) 에톡시드 [titanium (IV) ethoxide], 티타늄 (IV) 2-에틸헥소시드 [titanium (IV) 2-ethylhexoxide], 티타늄 (IV) 이소-프로폭시드 [titanium (IV) iso-propoxide], 티타늄 (IV) (디-이소-프로폭시드)비스(아세틸아세토네이트) [titanium (IV) (di-iso-propoxide) bis -(acetylacetonate)], 티타늄 (IV) 옥시드비스(아세틸아세토네이트) [titanium (IV) oxide bis(acetylacetonate)], 트리클로로트리스(테트라히드로퓨란) (III) [trichlorotris(tetrahydrofuran)titanium (III)], 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)티타늄 (III) [tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)titanium (III)], (트리메틸)펜타메틸-시클로펜타디에닐티타늄 (IV) [(trimethyl) pentamethyl cyclopentadienyl- titanium (IV)], 펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드 (IV) [pentamethylcyclopentadienyltitanium trichloride (IV)], 펜타메틸시클로-펜타디에닐티타늄 트리메톡시드 (IV) [pentamethylcyclo-pentadienyltitanium trimethoxide (IV)], 테트라클로로비스(시클로헥실머르캅토)티타늄(IV) [tetrachlorobis(cyclohexylmercapto) titanium(IV)], 테트라클로로비스(테트라히드로퓨란)티타늄 (IV) [tetrachlorobis(tetrahydrofuran)titanium (IV)], 테트라클로로디아민티타늄 (IV) [tetrachlorodiamminetitanium (IV)], 테트라키스(디에틸아미노)티타늄 (IV) [tetrakis(diethylamino)titanium (IV)], 테트라키스(디메틸아미노)티타늄 (IV) [tetrakis(dimethylamino)titanium (IV)], 비스(t-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드[bis(t-butylcyclopentadienyl)titanium dichloride], 비스(시클로펜타 디에닐)디카보닐 티타늄 (II) [bis(cyclopentadienyl) dicarbonyl titanium (II)], 비스(시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드 [bis(cyclopentadienyl)titanium dichloride], 비스(에틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드 [bis(ethylcyclopentadienyl)titanium dichloride], 비스(펜타메틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드 [bis(pentamethyl -cyclopentadienyl)titanium dichloride], 비스(이소-프로필시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드 [bis(iso-propylcyclopentadienyl)titanium dichloride], 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)옥소티타늄 (IV) [tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)oxotitanium (IV)], 클로로티타늄 트리이소프로폭시드 [chlorotitanium triisopropoxide], 시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드 [cyclopentadienyltitanium trichloride], 디클로로비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)티타늄 (IV) [dichlorobis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)titanium (IV)], 디메틸비스(t-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 (IV) [dimethylbis(t- butylcyclopentadienyl)titanium (IV)], 디(이소프로폭시드)비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)티타늄 (IV) [di(iso-propoxide)bis(2,2,6,6- tetramethy l-3,5-heptanedionato)titanium (IV)]);
2) 지르코늄이나 하프늄 화합물 (지르코늄 (IV) n-부톡시드 [zirconium (IV) n-butoxide], 지르코늄 (IV) t-부톡시드 [zirconium (IV) t-butoxide], 지르코늄 (IV) 에톡시드 [zirconium (IV) ethoxide], 지르코늄 (IV) 이소-프로폭시드 [zirconium (IV) iso-propoxide], 지르코늄 (IV) n-프로폭시드 [zirconium(IV)n- propoxide], 지르코늄 (IV) (아세틸아세토네이트) [zirconium (IV) acetylacetonate], 지르코늄 (IV) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 [zirconium (IV) hexafluoroacetylacetonate], 지르코늄 (IV) 트리플루오로아세틸아세토네이트 [zirconium (IV) trifluoroacetylacetonate], 테트라키스(디에틸아미노)지르코늄 [tetrakis(diethylamino)zirconium], 테트라키스(디메틸아미노)지르코늄 [tetrakis(dimethylamino)zirconium], 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)지르코늄 (IV)[tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)zirconium (IV)], 지르코늄 (IV) 설페이트 테트라히드레이트 [zirconium (IV) sulfate tetrahydrate], 하프늄 (IV) n-부톡시드 [hafnium (IV) n-butoxide], 하프늄 (IV) t-부톡시드 [hafnium (IV) t-butoxide], 하프늄 (IV) 에톡시드 [hafnium (IV) ethoxide], 하프늄 (IV) 이소-프로폭시드 [hafnium (IV) iso-propoxide], 하프늄 (IV) 이소-프로폭시드 모노이소프로필레이트 [hafnium (IV) iso-propoxide monoisopropylate], 하프늄 (IV) (아세틸아세토네이트) [hafnium (IV) acetylacetonate], 테트라키스(디메틸아미노)하프늄 [tetrakis(dimethylamino)hafnium])
3) 알루미늄 화합물 (알루미늄 n-부톡시드 [aluminium n-butoxide], 알루미늄 t-부톡시드 [aluminium t-butoxide], 알루미늄 s-부톡시드 [aluminium s-butoxide], 알루미늄 에톡시드 [aluminium ethoxide], 알루미늄 이소-프로폭시드 [aluminium iso-propoxide], 알루미늄 아세틸아세토네이트 [aluminium acetylacetonate], 알루미늄 헥사플루오로아세틸아세토네이트 [aluminium hexafluoroacetylacetonate], 알루미늄 트리플루오로아세틸아세토네이트 [aluminium trifluoroacetylacetonate], 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)알루미늄[tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)aluminium]) 등이 있으며, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 유기 절연체 조성물에 있어서, 상기 유기 금속 화합물의 함량은 0.01 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.01 중량% 미만이면 본 발명에서 상기 유기 금속 화합물의 효과를 얻을 수 없고, 10 중량%를 초과하면 균일상의 조성물을 얻을 수 없거나 제조된 소자의 누설전류가 증가하여 바람직하지 못하다.
본 발명의 유기 절연체 조성물에 있어서, 상기 유기용매는 유기 절연막 제조시에 통상적으로 사용하는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 구체적으로 헥산(hexane), 헵탄 (heptane) 등의 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 톨루엔(toluene), 피리딘(pyridine), 퀴놀린(quinoline), 아니솔(anisol), 메시틸렌 (mesitylene), 자일렌(xylene) 등의 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent); 시클로헥사논(cyclohexanone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 4-헵타논(4-heptanone), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone), 시클로헥산온(cyclohexanone), 아세톤(acetone) 등의 케톤계 용매(ketone-based solvent); 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran), 이소프로필 에테르(isopropyl ether) 등의 에테르계 용매(ether-based solvent); 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부틸 아세테이트 (butyl acetate), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate) 등의 아세테이트계 용매(acetate-based solvent); 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol) 등의 알코올계 용매(alcohol-based solvent); 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide) 등의 아미드계 용매; 실리콘계 용매 (silicon-based solvent); 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 여기에서 상기 유기용매의 함량은 상기 유기 절연체 조성물 중 10 내지 94 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기절연체 조성물에 사용되는 유기 또는 무기 고분자 매트릭스는 분자량이 1,000 내지 1,000,000인 고분자로서 폴리비닐페놀 또는 폴리비닐페놀 유도체, 폴리비닐알콜 또는 폴리비닐알콜 유도체, 폴리아크릴 또는 폴리아크릴 유도체, 폴리노르보넨 또는 폴리노르보넨 유도체, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리프로필렌글리콜 유도체, 폴리실록산 유도체, 셀룰로오스 유도체 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되어질 수 있고, 바람직하게는 주쇄 또는 측쇄의 각 말단에 히드록시기, 카르복실기 또는 그의 염, 인산기 또는 그의 염, 술폰산기 또는 그의 염, 아민기 또는 그의 염 등의 극성기를 포함할 수 있다.
여기에서 상기 유기 또는 무기 고분자 매트릭스는 상기 유기절연체 조성물 중 0 내지 10 중량%의 범위인 것이 바람직하다. 만약 유기 또는 무기 고분자 매트릭스의 함량이 10 중량%를 초과하면 성막된 막의 내구성이 취약하게 되어 안정적인 소자특성을 나타내지 못하여 바람직하지 못하다.
이와 같은 유기 절연체 조성물은 기판상에 코팅되어 열처리를 통하여 유기 절연막으로 제조된다. 이때 상기 유기 절연체 조성물 기판 상에 도포하는 방법으로는 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 롤코팅(roll coating), 스크린 코팅(screen coating), 분무코팅(spray coating), 스핀 캐스팅(spin casting), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯(ink jet) 또는 드롭캐스팅(drop casting) 등의 코팅방법을 사용할 수 있다. 편의성 및 균일성의 측면에서 가장 바람직한 도포방법은 스핀 코팅이다.　 스핀코팅을 행하는 경우, 스핀속도는 400 내지 4000 rpm의 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다.
유기 절연막을 형성하기 위한 열처리 단계는 적어도 50℃ 이상의 온도에서 적어도 1분 이상 기판을 가열하여 진행된다.
이와 같이 본 발명의 유기 절연체 조성물을 이용하여 제조된 유기 절연막은 불소계 표면처리제 기능을 겸비하여 종래의 유기절연체와 불소계 표면처리제를 별도로 코팅해야 하는 공정상의 불편함을 개선하여 공정을 단순화시킬 뿐만 아니라, 펜타센 등의 유기 박막 트랜지스터에 있어서 히스테리시스(hysteresis) 현상을 10V 미만으로 개선시키고, 용액공정이 가능한 유기 박막 트랜지스터에 있어서도 전하이동도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 유기 절연체 조성물은 유기 박막 트랜지스터의 단위 특성을 향상시킴으로써 액정디스플레이(LCD), 광전변환 소자(Photovoltaic Device), 유기발광소자(OLED), 센서, 메모리, 집적회로 등 각종 전자소자의 제조에 효과적으로 적용될 수 있다. 이때, 본 발명의 유기 절연체 조성물은 당업계에 알려진 통상적인 공정에 의하여 상기 소자에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양상은 상기 유기 절연체 조성물로부터 형성되는 유기 절연막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터에 관계한다.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터는 기판, 게이트 전극, 유기 절연막, 유기반도체층, 및 소스/드레인 전극을 포함하며, 상기 유기 절연막은 상기 본 발명에 따른 유기 절연체 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 박막 트랜지스터의 모식적 단면 구조를 도 1-2에 나타내었다. 상기 도 1은 하나의 바람직한 구현 예로서 도 2는 바텀 컨택(bottom contact) 구조의 소자를, 도 2는 탑 컨택(top contact) 구조의 소자를 나타낸 것이며, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 변형된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터의 기판(1)으로는 통상적으로 사용되는 기판이면 특별히 한정되지 아니하며, 유리 기판, 실리카 기판, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터의 게이트 전극(2) 및 소스/드레인 전극(4, 5)의 소재로는 통상 사용되는 금속 또는 전도성 고분자가 사용될 수 있다. 구체적으로는 도핑된 규소(Si) 또는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 인듐틴산화물(ITO) 등의 금속을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 기판을 세척하여 불순물을 제거한 뒤, 그 위에 화학기상증착, 플라즈마화학기상증착, 스퍼터링 등 통상의 공정을 통하여 상기 금속을 증착하고 패턴화하여 게이트 전극을 형성하게 된다.
유기반도체층(6)으로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 펜타센 (pentacene), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene) 또는 이들의 유도체를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
합성예 1 : 실란계 화합물 A의 합성
Figure 112005071112416-pat00001
질소분위기 하에서 반응기(1L)에 (3,3,3,-트리플루오로프로필)트리메톡시실란 436.5 g (2.0mol)를 넣은 후 -30℃로 온도를 내렸다. 1.0N HCl 6mL (0.006mol)과 증류수 354mL (199.99mol) 를 적가깔대기에 넣은 후 반응기에 설치하였다. 반응용액의 온도가 내려가면, HCl 수용액 (총 360ml) 을 천천히 적가한 후 상온에서 3시간 교반하였다. 3시간 후 반응 용액을 분별깔대기에 붓고, 에틸아세테이트 1000ml와 물 1000ml를 넣은 다음 유기층을 추출하였다. 황산나트륨을 10g 넣고 2시간 동안 교반한 다음 여과하여 용매를 제거한 후 원하는 무색 오일의 실란계 화합물 A(중량평균분자량 19,000)를 얻었다.
H1NMR data (ppm) : 2.15 (m, 2H), 0.93 (H, 2H)
합성예 2 : 실란계 화합물 B의 합성
Figure 112005071112416-pat00002
질소분위기 하에서 반응기(1L)에 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트 447.05 g (1.8mol), (3,3,3,-트리플루오로프로필)트리메톡시실란 43.65 g (0.2mol)를 넣은 후 -30℃로 온도를 내렸다. 1.0N HCl 6mL (0.006mol)과 증류수 354mL (199.99mol) 를 적가깔대기에 넣은 후 반응기에 설치하였다. 반응용액의 온도가 내려가면, HCl 수용액 (총 360ml) 을 천천히 적가한 후 상온에서 3시간 교반하였다. 3시간 후 반응 용액을 분별깔대기에 붓고, 에틸아세테이트 1000ml와 물 1000ml를 넣은 다음 유기층을 추출하였다. 황산나트륨을 10g 넣고 2시간 동안 교반한 다 음 여과하여 용매를 제거한 후 원하는 무색 오일의 실란계 화합물 B(중량평균분자량 10,000)을 얻었다.
H1NMR data (ppm) : 6.09 (s, 1H), 5.55 (s, 1H), 4.01 (t, 2H), 3.47 (m, 1H), 3.45 (s, 3H), 1.91 (m, 3H), 1.77 (m, 2H), 0.8 (H, 0.2H), 0.69 (m, 2H)
제조예 1 : 유기 절연체 조성물의 제조(1)
상기 합성예 1의 실리콘화합물, 티타늄 t-부톡시드, 그리고 폴리비닐페놀(Mw 8,000)를 중량비로 각각 80:15:5으로 혼합한 후 이를 시클로헥사논에 용해시켜 중량비 20%의 조성물 용액을 제조하였다.
제조예 2 : 유기 절연체 조성물의 제조(2)
상기 합성예 2의 실리콘화합물과 티타늄 t-부톡시드를 중량비로 각각 70:30으로 혼합한 후 이를 이소프로필알콜에 용해시켜 중량비 20%의 조성물 용액을 제조하였다.
실시예 1 : 바텀 컨택 구조의 펜타센 TFT의 제조
먼저 세정된 유리 기판 상에 알루미늄을 이용하여 800 두께의 게이트 전극을 형성한 다음, 그 위에 상기 제조예 2의 유기 절연체 조성물을 스핀 코팅을 이용하여 2000rpm에서 8,000 두께로 코팅한 후 100℃에서 1시간 베이킹하여 유기 절 연막을 형성하였다.　 상기 유기 절연막 상에, 채널길이 100㎛, 채널폭 1㎜인 500Å 두께의 ITO 소스/드레인 전극을 형성한 후, 이어서 OMBD(Organic molecular beam deposition) 방식으로 700Å 두께로 펜타센의 유기반도체층을 형성시켜 도 1에 나타낸 바텀 컨택(bottom contact) 구조의 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
실시예 2 : 탑 컨택 구조의 펜타센 TFT의 제조
상기 실시예 1에서 제조된 유기 절연막 상에 먼저 펜타센의 유기반도체층을 형성하고, 그 위에 Au 소스/드레인 전극을 형성하여 도 2에 나타낸 탑 컨택(top contact) 구조의 박막 트랜지스터로 구성한 것을 제외하고는 동일한 과정을 수행하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
실시예 3 : 프린터블 TFT의 제조
상기 실시예 1에서 제조된 유기 절연막 상에, 먼저 하기 화학식 6의 티오펜-티아졸 유도체를 톨루엔에 2wt% 농도로 용해시켜 1000rpm에서 700Å 두께로 스핀 코팅한 뒤 아르곤 분위기 하에서 100℃, 1시간 동안 베이킹하여 유기반도체층을 형성하고, 그 위에 Au 소스/드레인 전극을 형성하여 도 2에 나타낸 탑 컨택(top contact) 구조의 박막 트랜지스터로 구성한 것을 제외하고는 동일한 과정을 수행하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
[화학식 6]
Figure 112005071112416-pat00003
상기 식에서, R은 옥틸기이고, n은 5 내지 10이다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 유기 절연막 형성시 불소로 비치환된 실란계 화합물로서 하기 화학식 7로 표시되는 폴리비닐페닐계 공중합체에 아크릴계 가교제를 블렌드한 유기절연체 조성물을 이용하여 유기 절연막을 형성한 것을 제외하고는 동일한 과정을 수행하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
[화학식 7]
Figure 112005071112416-pat00004
상기 식중, n은 10 내지 1000이다.
비교예 2
상기 실시예 2에서 유기 절연막 형성시 상기 비교예 1에서 사용된 유기절연체 조성물을 이용하여 유기 절연막을 형성한 것을 제외하고는 동일한 과정을 수행 하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 3에서 유기 절연막 형성시 상기 비교예 1에서 사용된 유기절연체 조성물을 이용하여 스핀 코팅 방법으로 코팅하여 7,000Å 두께의 절연층을 형성한 다음, 상기 화학식 6의 티오펜-티아졸 유도체를 사용하여 질소분위기 하에서 온도를 100℃로 하여 1시간 베이킹하여 유기반도체층을 형성한 것을 제외하고는 동일한 과정을 수행하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
비교예 4
상기 비교예 3에서 상기 형성된 유기 절연막 위에 추가로 하기 화학식 8로 표시되는 말레이미드-스티렌 공중합 유도체(중량평균분자량 10,000 이상)를 시클로헥사논에 2wt%로 용해시켜 3,000rpm에서 스핀 코팅법으로 300Å 두께로 코팅한 후 150℃에서 10분 동안 경화시켜 불소계 고분자 박막을 형성한 것을 제외하고는 동일한 과정을 수행하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하였다.
[화학식 8]
Figure 112005071112416-pat00005
상기 실시예 1-3 및 비교예 1-4에서 제조한 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 전기적 특성을 측정하기 위하여 Keithley Semiconductor Analyzer (4200-SCS)를 이용하여 전류전달특성을 측정하였고, 그 결과는 도 3 내지 9에 도시하였다.
도 3-6은 각각 실시예 1-2 및 비교예 1-2에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프로서, 도 3-6을 참조하면 종래의 유기 절연막을 사용한 유기 박막 트랜지스터의 경우 15~20V의 히스테리시스(hysteresis)를 보인 반면, 본 발명에 따른 유기 절연체 조성물을 사용한 유기 박막 트랜지스터는 10V 미만으로 히스테리시스가 개선된 것을 알 수 있다.
도 7은 실시예 3에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이고, 도 8은 비교예 3-4에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 전류전달특성 그래프이다. 도 7-8을 참조하면 본 발명의 유기 절연체 조성물을 사용한 유기 박막 트랜지스터의 경우 종래의 SiO2 절연막 또는 이에 불소계 표면처리제를 추가로 코팅하여 제조한 유기 박막 트랜지스터에 비하여 전하이동도가 월등히 향상된 것을 알 수 있다.
상기 도 3 내지 도 8의 전류전달특성 그래프로부터 전하이동도 및 차단누설전류값을 아래와 같이 측정하였으며 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
1) 전하이동도
전하이동도는 상기 전류전달곡선을 사용하여 하기 포화영역 (saturation region) 전류식으로부터 (ISD) 1/2 과 VG를 변수로 한 그래프를 얻고 그 기울기로부터 구하였다:
Figure 112005071112416-pat00006
상기 식에서, ISD는 소스-드레인 전류이고, μ 또는 μFET는 전하이동도이며, C0는 산화막 정전용량이고, W는 채널 폭이며, L은 채널 길이이고, VG는 게이트 전압이고, VT는 문턱전압이다.
문턱전압(Threshold Voltage, VT)은 (ID)1/2 와 VG간의 그래프에서 선형부분의 연장선과 VG축과의 교점으로부터 구하였다. 문턱전압은 절대값이 0에 가까워야 전력이 적게 소모된다.
2) Ion/Ioff
Ion/Ioff는 온(On) 상태의 최대 전류 값과 오프(Off) 상태의 최소 전류 값의 비로 구해지며, 하기 관계를 가진다:
Figure 112005071112416-pat00007
상기 식에서 Ion은 최대 전류 값이고, Ioff는 차단누설전류(off-state leakage current) 이며, μ는 전하 이동도이고, σ는 박막의 전도도이며, q는 전하량이고 NA는 전하밀도이며, t는 반도체 막의 두께이고, C0는 산화막 정전용량이고, VD는 드레인 전압이다.
Ion/Ioff 전류비는 유전막의 유전율이 크고 두께가 작을수록 커지므로 유전막의 종류와 두께가 전류비를 결정하는데 중요한 요인이 된다. 차단누설전류 (off-state leakage current)인 Ioff는 오프 상태일 때 흐르는 전류로서, 오프 상태에서의 최소전류로 구하였다.
3) 유전상수
유전상수는 다음과 같이 측정하였다. 먼저 알루미늄 기판상에 본 발명의 상기 제조예 1-2의 유기절연체 조성물을 도포하여 2000Å 두께의 필름을 형성하고, 70℃에서 1시간, 100℃에서 30분간 베이킹하여 절연층을 제조하였다. 이렇게 제조된 절연층상에 알루미늄 막을 증착하여 금속-절연막-금속 구조의 커패시터(MIM capacitor)를 제조하고 이를 이용하여 20Hz에서 절연성 및 유전상수를 측정하였다. 유전 상수는 측정된 유전율 C0로부터 하기 식에 의해 구하였다:
C0 = εε0(A/d)
상기 식에서, A는 측정 소자의 면적이고, d는 유전체 두께이며, ε 및 ε0 는 각각 유전체 및 진공의 유전상수이다.
본 실시예에 따른 유기절연체 조성물의 유전상수와 이를 사용한 유기박막 트랜지스터의 구동특성을 표 1에 정리하였다.
[표 1]
유전상수(K) 문턱전압(V) 전하이동도(cm2/Vs) Ion/Ioff
실시예 1 4.1 -2 0.54 5.7×105
실시예 2 4.2 -5 2.3 7.6×105
실시예 3 4.2 -3 0.9 8.4×105
비교예 1 4.5 -1 0.088 1.7×106
비교예 2 4.5 -2 3.4 3.8×106
비교예 3 3.8 -6 0.024 2.7×105
비교예 4 3.8 -2 0.25 1.3×104
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 절연체 조성물을 사용하여 제조된 유기 박막 트랜지스터는 전기 절연특성이 우수할 뿐만 아니라, 증착되는 유기반도체층의 종류에 관계없이 문턱전압을 낮추어 구동특성을 높이고, Ion/Ioff, 전하이동도 등 물성이 크게 향상된 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 불소를 함유하는 유기 절연체 조성물을 사용함으로써 기존의 유기절연체 및 불소계 표면처리제를 각각 코팅하여야 하는 공정상의 불편함을 개선하여 공정을 단순화할 뿐만 아니라 유기 박막 트랜지스터의 히스테리시스를 개선시키고, 문턱전압 및 전하이동도 등의 물성을 크게 향상시킴으로써 액정디스플레이(LCD), 광전변환 소자(Photovoltaic Device), 유기발광소자(OLED), 센서, 메모리, 또는 집적회로 등과 같은 전자 소자의 제조에 유용하게 활용할 수 있다.

Claims (16)

  1. (ⅰ) 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 단독, 또는 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물의 혼합물 또는 중합체로 이루어지거나, 이를 하기 화학식 3 내지 5 중 어느 하나의 식으로 표시되는 화합물과 혼합 또는 공중합시켜 이루어지는 실란계 화합물;
    (ⅱ) 유기 금속 화합물;
    (ⅲ) 유기용매; 및
    (ⅳ) 유기 또는 무기 고분자 매트릭스;
    를 포함하는 유기절연체 조성물:
    [화학식 1]
    R1SiX1X2X3
    [화학식 2]
    R1R2SiX1X2
    상기 화학식 1 내지 2에서,
    R1, R2는 각각 독립적으로 탄소원자와 공유결합된 수소원자의 일부 또는 전부가 불소원자로 치환된 C1-C20의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 아릴알킬기, 시클로알킬기, 헤테로알킬기, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    X1, X2, X3는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
    [화학식 3]
    SiX1X2X3X4
    [화학식 4]
    R3SiX1X2X3
    [화학식 5]
    R3R4SiX1X2
    상기 화학식 3 내지 5에서,
    R3, R4는 각각 독립적으로 수소원자; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2-C20의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C1-C20의 헤테로알킬기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C4-C20의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터,
    X1, X2, X3, X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 또는 C1-C20의 알콕시기로서, 적어도 하나는 가수분해 가능한 작용기이다.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물, 하프늄 화합물 및 알루미늄 화합물 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하 는 유기절연체 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 티타늄 (IV) n-부톡시드, 티타늄 (IV) t-부톡시드, 티타늄 (IV) 에톡시드, 티타늄 (IV) 2-에틸헥소시드, 티타늄 (IV) 이소-프로폭시드, 티타늄 (IV) (디-이소-프로폭시드)비스(아세틸아세토네이트), 티타늄 (IV) 옥시드비스(아세틸아세토네이트), 트리클로로트리스(테트라히드로퓨란) (III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)티타늄 (III), (트리메틸)펜타메틸-시클로펜타디에닐티타늄 (IV), 펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드 (IV), 펜타메틸시클로-펜타디에닐티타늄 트리메톡시드 (IV), 테트라클로로비스(시클로헥실머르캅토)티타늄(IV), 테트라클로로비스(테트라히드로퓨란)티타늄 (IV), 테트라클로로디아민티타늄 (IV), 테트라키스(디에틸아미노)티타늄 (IV), 테트라키스(디메틸아미노)티타늄 (IV), 비스(t-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)디카보닐 티타늄 (II), 비스(시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(에틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(펜타메틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(이소-프로필시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)옥소티타늄 (IV), 클로로티타늄 트리이소프로폭시드, 시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드, 디클로로비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)티타늄 (IV), 디메틸비스(t-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 (IV), 디(이소프로폭시드)비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)티타늄 (IV), 지르코늄 (IV) n-부톡시드, 지르코늄 (IV) t-부톡시드, 지르코늄 (IV) 에톡시드, 지르코늄 (IV) 이소-프로폭시드, 지르코늄 (IV) n-프로폭시드, 지르코늄 (IV) (아세틸아세토네이트), 지르코늄 (IV) 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 지르코늄 (IV) 트리플루오로아세틸아세토네이트, 테트라키스(디에틸아미노)지르코늄, 테트라키스(디메틸아미노)지르코늄, 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)지르코늄 (IV), 지르코늄 (IV) 설페이트 테트라히드레이트, 하프늄 (IV) n-부톡시드, 하프늄 (IV) t-부톡시드, 하프늄 (IV) 에톡시드, 하프늄 (IV) 이소-프로폭시드, 하프늄 (IV) 이소-프로폭시드 모노이소프로필레이트, 하프늄 (IV) (아세틸아세토네이트), 테트라키스(디메틸아미노)하프늄, 알루미늄 n-부톡시드, 알루미늄 t-부톡시드, 알루미늄 s-부톡시드, 알루미늄 에톡시드, 알루미늄 이소-프로폭시드, 알루미늄 (아세틸아세토네이트), 알루미늄 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 알루미늄 트리플루오로아세틸아세토네이트, 및 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기절연체 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유기용매는 헥산(hexane), 헵탄 (heptane) 등의 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 톨루엔(toluene), 피리딘(pyridine), 퀴놀린(quinoline), 아니솔(anisol), 메시틸렌 (mesitylene), 자일렌(xylene) 등의 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent); 시클로헥사논(cyclohexanone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 4-헵타논(4-heptanone), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논 (1-methyl-2-pyrrolidinone), 시클로헥산온(cyclohexanone), 아세톤(acetone) 등의 케톤계 용매(ketone-based solvent); 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran), 이소프로필 에테르(isopropyl ether) 등의 에테르계 용매(ether-based solvent); 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate) 등의 아세테이트계 용매(acetate-based solvent); 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol) 등의 알코올계 용매(alcohol-based solvent); 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide) 등의 아미드계 용매; 실리콘계 용매 (silicon-based solvent); 및 상기 용매들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 절연체 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유기 또는 무기 고분자 매트릭스는 분자량이 1,000 내지 1,000,000인 고분자로서 폴리비닐페놀 또는 폴리비닐페놀 유도체, 폴리비닐알콜 또는 폴리비닐알콜 유도체, 폴리아크릴 또는 폴리아크릴 유도체, 폴리노르보넨 또는 폴리노르보넨 유도체, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리프로필렌글리콜 유도체, 폴리실록산 유도체, 셀룰로오스 유도체 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기절연체 조성물.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 유기 또는 무기 고분자 매트릭스는 주쇄 또는 측쇄의 각 말단에 히드록시기, 카르복실기 또는 그의 염, 인산기 또는 그의 염, 술폰산기 또는 그의 염, 아민기 또는 그의 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기절연체 조성물.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 유기 또는 무기 고분자 매트릭스는 추가로 t-부틸기, 이소보닐기, 멘틸기, 2-메틸-2-아다만타닐기, 2-에틸-2-아다만타닐기, 테트라시클로데카닐기, 테트라히드로피라노일기, 3-옥소시클로헥사노일기, 메발로닉 락토닐기, 디시클로프로필메틸기, 메틸시클로프로필메틸기, 메틸에틸에테르기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 산에 불안정한 보호기(acid-labile protecting group)로 보호되는 것을 특징으로 하는 유기절연체 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 실란계 화합물 5 내지 70 중량%; 유기 금속 화합물 0.01 내지 10 중량%; 유기 또는 무기 고분자 매트릭스 0 내지 10 중량%; 및 유기용매 10 내지 94 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기절연체 조성물.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 유기절연체 조성물로부터 형성된 유기절연막.
  10. 기판, 게이트 전극, 유기절연막, 유기반도체층, 및 소스/드레인 전극을 포함하는 유기 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 유기절연막이 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 유기절연체 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트 랜지스터.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 유기반도체층은 펜타센, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리티오펜티아졸 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 도핑된 규소(Si) 또는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 인듐틴산화물(ITO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 기판이 유리 기판, 실리콘 기판 및 플라스틱 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 유기 박막 트랜지스터는 탑 컨택(top contact) 구조, 바텀 컨택(bottom contact) 구조 또는 탑 게이트(top gate) 구조인 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터.
  15. 제 10항에 따른 유기 박막 트랜지스터를 포함하는 전자소자.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 전자소자는 액정디스플레이(LCD), 광전변환 소자(Photovoltaic Device), 유기발광소자(OLED), 센서, 메모리, 또는 집적회로인 것을 특징으로 하는 전자소자.
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